铝锂合金搅拌摩擦搭接焊接头组织与性能研究

以厚度为1.5 mm的5A90铝锂合金为研究对象，开展了铝锂合金搅拌摩擦搭接焊工艺研究，分析不同焊

铝锂合金因具有低密度、高的比强度和比刚度、耐腐蚀以及良好的焊接性等优异的综合性能，已成为航空航天领域发展迅速的轻量化结构材料[1]。许多航空航天结构件制造过程中，采用焊接工艺可以减轻重量，提高结构件连接强度，从而提高经济效益[2]。而采用传统焊接技术连接铝锂合金结构件时，由于锂元素比较活泼，较高的焊接温度易造成孔洞、裂纹等缺陷，限制了其应用。搅拌摩擦焊接是一种新型的固态连接技术[3]，在焊接过程中，搅拌针高速旋转并插入被焊工件，通过摩擦产热使材料发生剧烈的塑性变形， 随着搅拌针与工件之间的相对移动形成焊缝。

由于焊接过程温度低， 因此具有焊后变形小、焊件力学性能好等优点，是铝锂合金结构件有效连接的先进方法之一[4]。另外在航空结构件制造中，存在许多搭接结构[5]，目前对铝锂合金搅拌摩擦搭接焊的研究较少，因此本文以5A90 铝锂合金为研究对象，开展工艺参数对其搭接接头微观组织及力学性能影响的研究工作。

2. 试验方法 试验材料使用的5A90 铝锂合金是一种新型的国产化铝锂合金，其化学成分如表1 所示，厚度为1.5 mm。

本次试验使用的锥形搅拌头是由H13 模具钢制成， 内凹轴肩直径为12 mm， 搅拌针的直径为4 mm， 长度为2.5 mm。试验切取50 mm × 90 mm 规格大小的板材试样重叠放置，重叠宽度为60 mm。在焊接之前，可以先使用专用的研磨砂纸抛光铝锂合金重叠表面以除去成分复杂的氧化膜以及其它杂质；焊接转速为1200 r/min 逆时针旋转插入待焊薄板的重叠位置，分别采用不同的焊接速度(100/200/300 mm/min)进行搅拌摩擦搭接焊。

试验后沿垂直焊缝方向截取试样， 对搅拌摩擦焊搭接接头进行宏观及微观组织观察。

并使用数显维氏硬度计来测量接头不同位置的硬度。

3. 结果与讨论 3.1. 搭接接头微观组织 图1 所示为5A90 铝锂合金在搅拌头旋转速度为1200 r/min 时， 分别在不同焊接速度下进行搅拌摩擦 Table 1. Composition analysis of 5A90 aluminum-lithium alloy (mass fraction, %) 表1. 5A90 铝锂合金的化学成分含量(质量%) Mg Li Zr Fe Si Cu Al 5.2 2.1 0.11 0.07 0.03 0.03 余量